计算物理心得体会

计算物理心得体会

经过这学期四个多月以来对计算物理这门课程的学习，对这门学科有了更进一步的理解。

首先阐述一下什么计算物理。计算物理顾名思义，就是用计算机去研究物理。物理学有两大派，理论物理和实验物理，这两种物理大家都非常的好理解。但是呢，理论物理发展到现在，有好多的问题，要么根本就没法得到精确解，要么能得到精确解，但是耗费巨大，得不偿失。计算物理并不是一个专业，它是只是一个物理的分支，一种方法。所以，计算物理并没有特定的研究方向，它寄存于物理的各个领域，为理论物理和实验物理服务。理论太复杂？没关系计算物理来给你近似解。实验太难做？没关系计算物理教会你先在电脑上实验。当然，计算物理更多的是服务于理论的，所以它更偏向于理论物理，你动手能力差没关系，但是你的理论得扎实。当然，真正的裁判还是在实验，你理论搞出来了，计算物理证实了，但是现实中实验就是模拟不出来，那就全是空中楼阁。物理从方法上，有理论物理，实验物理，计算物理。从领域方向上，有光学，原子分子，等离子体，高能，凝聚态，生物物理.....每个方向都会有计算物理的影子。

接下来就简单地介绍我们所学过的基本内容。本学期主要对origin 8.5，Materials Studio 6.0与 CASTEP 快速入门的系统环境，认识密度泛函理论与CASTEP 平面波赝势方法；原子轨域、分子结构、化学键键级、键能、晶胞参数、弹性系数张量、功函数；能带结构理论简介 (group 能带结构简介 )超晶胞、倒空间、布里渊区、 k -取样、费米面、分数占据态、投影态密度；能带结

构、态密度、投影态密度、导体、半导体、绝缘体、磁性、光谱、声子谱进行了部分学习。并且对CASTEP 实战守则，以及模型选定、赝势选择、精确性测试、收敛性测试、重要参数调控、 CASTEP 文献数据库的上机操作重复性练习。

其中令我印象最为深刻的是采用基于第一性原理的密度泛函理论，对半导体ZnO的电子结构、态密度和光学性质进行了理论计算，能带结构计算。这一节的内容将本学期学过的主要内容大致连贯起来了，因为这一节的学习可以为后续论文的撰写夯实基础。第一步：学习了理论模型的构建。做出来的晶胞并不是premitive unit cell，最小体积的晶体，可以在build菜单symmetry里面选premitive cell转成premitive，这样进行光学计算会提高速度；选菜单上代表castep模块的波浪型的符号。 castep模块是以平面波作为基底。第二步：设定任务质量控制setup里可以设置多种task，我们选择Energy； quality选medium。第三步：设定任务electronic选单控制计算精确度，点里面的more按钮弹出electronic option选单，有basis、 kpoint、 scf、potentials等选项，可以设置来增加计算效能。在scf这里勾选fixoccupency。 Fix occupency只能用在绝缘体，可以节省绝缘体的计算时间，不然它会当作金属来算。这个选单里面有许多属于专家级的微细调控，当末来你所需要的精确度跟你所能允许的计算时间性能要有一个权衡的时候你就要靠这些相关数值的调控来做到花最少时间

来做到最精密的计算。重要的一点现在我们来到 property 这里，刚刚在 setup 选项里面选了 tasks 的 energy，那么在 property 里进可以进一步指定我要附加计算哪一些特性：比如说1. 能带结构2. density of statez 3.光学性质。第四步：CASTEP analysis 的 optical property参数polylize and poliry、polycrystal等是光学性质； smearing等是光学调控的细节，是电场的方向；

scissors是能隙修正shift的值。可以画的reflectivity（预设），absorption、介电函数等；选择reflectivity，单位ev cm-1或nm。more选单可以做其它的调控。选好条件按calculate，计算后跳出选单optical properties.xgd，extended graph data，里面有summary部份也有epsilon部份，都是graph data 要用的，如另外还有要撷取这些数据的可以拿去用此时，原来的analysis选单里calculate与help中间多了一个view，刚calculate的现在已经可以view 了， view 按下后会给出刚刚选择的reflectivity光谱。

通过这些计算我们通过能带结构及态密度得出ZnO的带隙宽度，还能得到ZnO负折射率图、反射谱、光导电率、损失函数图。从而对ZnO的光学性质有更深入的理解！虽然本学期只是学了一些计算物理的冰山一角，但这样的学习是我对物理学有了不一样的认识。这些学习让我体会到原来物理除了实践还可以用电脑来模拟从而得到我们需要的参数；体会到原来不同物质的结构是那么多样化；体会到自己还有很长的路要走，去学习，去探索。